钢丝网水泥砂浆加固用高性能复合砂浆的研究.doc

钢丝网水泥砂浆加固用高性能复合砂浆研究

葛序尧1, 彭勃2, 谢业明3
（1、 湖南大学土木工程学院, 长沙 410082 2. 湖南固特邦土木技术发展有限企业 长沙 410205
3. 安徽省公路桥梁工程企业, 合肥 230022　）

摘 要: 本文针对《混凝土结构加固设计规范》GB50367－钢丝网水泥砂浆加固对砂浆性能要求, 对两种不一样类型减水剂改性聚合物砂浆性能进行了研究, 得出聚羧酸盐高效减水剂与聚合物有很好相容性, 能够使砂浆含气量降低、 减水效果有一定叠加性、 保水性增加、 抗折强度、 抗压强度和粘结抗拉强度得到大幅度提升; 然后依据规范要求选出较优配合比。
关键词: 钢丝网; 聚合物; 水泥砂浆; 减水剂; 加固

0 引言
砌体结构被广泛应用于中国工业和民用领域。中国砌体结构较多, 使用年限较长, 有大量砌体结构急需加固。钢丝网水泥砂浆加固是砌体结构关键加固方法之一, 钢丝网水泥是一个由钢丝网增强水泥复合砂浆。钢丝网水泥属于无机复合胶凝材料, 它有较高抗拉强度、 重量比和很好韧性、 延展性及耐久性, 能够加工成任意形状, 适适用于多种轮廓外形结构构件加固[1]。已经有多种加固方法中界面粘贴技术, 中国外均采取以环氧树脂结构胶为主剂有机结构胶, 价格昂贵, 相比之下砂浆作为无机胶凝材料, 与基材间将有愈加好地相容性、 协调性、 相互渗透性, 而且抗老化、 耐火、 耐久性愈加好, 且价格相对廉价[2]; 所以, 钢丝网水泥砂浆加固越来越受到中国外加固行业重视。
1 钢丝网水泥砂浆加固对砂浆性能要求
中国外很多文件相继对钢丝网水泥砂浆抗震加固试验研究和理论分析进行了介绍。对钢丝网水泥面层加固墙体, 研究和实际应用多做得比较多国家是前苏联, 苏联塔什干乌兹 别克力学与抗震结构研究院和苏联中央建筑结构科学院都对钢丝网水泥砂浆加固砖砌体做过深入研究, 并各自提出破坏时极限水平荷载计算公式, 她们提出加固后墙体承载能力与砂浆工作性、 抗压强度、 粘结强度、 加固层面积、 钢丝网强度及配筋率相关结论[3]。中国《砌体结构设计规范》GB50003－对砖砌体和钢筋砂浆面层组合砖砌体构件承载力设计中, 对砂浆强度及对应取值、 不一样面层时钢筋强度系数做了要求, 而且砂浆厚度和强度对承载力有直接作用 [4]。所以, 开发高强、 高韧性、 高粘结性、 抗渗、 耐腐高性能新型复合砂浆含有很关键意义[5]。本文针对《混凝土结构加固设计规范》GB50367－钢丝网水泥砂浆加固对砂浆性能要求, 对两种不一样类型减水剂改性聚合物砂浆性能进行了研究, 并从中选出较优配合比。为使研制砂浆使用方便、 质量稳定和较高工作效率, 把砂浆制成干粉砂浆形式, 所以, 本文研究中采取聚合物和减水剂均

* 作者介绍: 葛序尧（1982－）, 男, 在读硕士硕士。
采取粉剂。
2 高性能新型复合砂浆研究
2.1 原材料
水泥: 采取湖南韶峰水泥集团有限企业生产韶峰牌P.O42.5水泥, 实测密度3.06g/cm3;
砂: 一般河砂, 过2.5mm筛, 细度模数Mx＝2.2, 表观密度2.618g/cm3;
水: 自来水;
高效减水剂: 本试验萘系高效减水剂FDN（以下记作F）采取四川柯帅外加剂有限企业生产产品和聚羧酸盐高效减水剂（以下记作S）采取进口产品, 两种减水剂均采取粉剂;
聚合物: 意大利VINAVIL®品牌聚合物 (以下记作A), 粉剂;
纤维: 为预防钢丝网砂浆早期塑性收缩裂纹, 并提升其体积稳定性、 韧性和耐久性, 向砂浆中掺加一定量纤维, 纤维采取美国希尔弟兄化工企业生产杜拉纤维, 长度为9mm, 密度0.91g/cm3。
2.2 试验内容及方法
将砂、 水泥、 高效减水剂、 聚合物干粉、 纤维等除水以外粉末材料加入搅拌锅内开始慢速搅拌30s, 以使纤维分散均匀, 加水慢速搅拌5min并调整砂浆流动度在(165±5)mm范围内, 并以此确定用水量; 流动度按《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T2419-要求测定; 然后按《聚合物改性水泥砂浆试验规程》DL/T5126－要求测定新拌砂浆含气量、 成型粘结抗拉试件和抗折抗压试件（试件采取40mm×40mm×160mm棱柱体）, 养护至28d测定硬化砂浆抗折强度、 抗压强度和粘结抗拉强度。
砂浆保水性试验:
试验设备: 快速定量滤纸直径150mm（杭州富阳特种纸厂新星牌）、 试模（内径50mm, 高10mm）、 玻璃板（200mm×200mm）2块、 刮刀、 天平（正确到0.1g）等。
试验步骤: 称量两块玻璃板＋试模质量M0, 滤纸质量m; 将一张滤纸放到玻璃板上将试模放到滤纸上; 将搅拌好砂浆立即装入试模中, 用刮刀轻压, 然后磨平, 注意要填满, 不可有气泡; 盖上另一块玻璃板, 然后小心翻转, 使有滤纸玻璃板在上面, 记下此时时间, 然后放到天平上称取总质量M1; 放在水平试验台上, 从将砂浆装入试模到翻转玻璃整个操作过程应在一分钟内完成; 一小时后取出滤纸, 用天平秤出玻璃板＋试模＋砂浆质量M2。在计算保水率时用到新拌砂浆用水量和砂浆总质量分别用Mw、 Mm表示。
保水率计算:
（1）
2.3 配合比和试验结果
采取灰砂质量比为1:2,为提升砂浆抗裂能力依据厂家推荐掺加占水泥质量0.15％杜拉纤维, 全部砂浆流动度控制在 (165±5)mm范围内, 并以此确定砂浆用水量。经试验确定高效减水剂最好用量, F为水泥用量1.0％, S为水泥用量0.3%, 聚合物掺量也是按水泥质量计算。为了表示方便本文以下部分分别用A表示单掺聚合物改性水泥砂浆, F-A表示萘系高效减水剂和聚合物共同掺加改性水泥砂浆, S-A表示聚羧酸盐高效减水剂和聚合物共同掺加改性水泥砂浆, 其中A00为对比砂浆。砂浆配合比和新拌砂浆流动度、 含气量、 保水率和施工性能见表1。
表1 复合砂浆配合比、 流动度、 含气量、 保水率和施工性能
试样编号
减水剂掺量/%
聚灰比/%
W/C
流动度
/mm
含气量
/%
保水率
施工性能描述
A00
0
0
0.433
166
1.35
75.4
稍泌水
A01
0
0.5
0.392
161
7.90
78.9
稍泌水
A02
0
1.0
0.383
161
8.58
82.4
触变性通常
A03
0
1.5
0.375
163
10.02
82.7
触变性好
A04
0
2.0
0.350
162
11.01
82.8
触变性好
A05
0
3.0
0.375
164
11.18
82.7
触变性好
A06
0
5.0
0.367
168
9.93
82.9
触变性很好
F-A10
1
0
0.331
163
2.15
74.7
泌水, 砂浆易分层
F-A11
1
0.5
0.300
170
10.95
80.0
砂浆稍干硬
F-A12
1
1.0
0.300
166
13.18
81.0
砂浆稍干硬
F-A13
1
1.5
0.308
169
11.84
81.0
触变性通常
F-A14
1
2.0
0.308
160
9.81
80.0
触变性好
F-A15
1
3.0
0.333
168
5.79
82.3
触变性好
F-A16
1
5.0
0.350
170
5.25
79.5
触变性好
S-A20
0.3
0
0.300
170
1.02
76.9
泌水, 砂浆易分层
S-A21
0.3
0.5
0.300
164
6.06
83.7
砂浆稍干硬
S-A22
0.3
1.0
0.291
165
6.23
83.5
触变性通常
S-A23
0.3
1.5
0.291
164
5.75
83.0
触变性好
S-A24
0.3
2.0
0.291
165
5.25
84.1
触变性好
S-A25
0.3
3.0
0.291
170
4.18
84.1
触变性好
S-A26
0.3
5.0
0.291
170
4.91
86.5
触变性好

2.4 试验结果分析
2.4.1高效减水剂对新拌砂浆含气量与影响

图1为高效减水剂对新拌砂浆含气量影响, 从图中能够看出, 单掺或不掺减水剂砂浆含气量很小, 此时A00、 F-A10和S-A20含气量仅为1.35%、 2.15%、 1.02%; 当聚合物仅掺0.5%时, 砂浆A01、 F-A11和S-A21含气量剧增到7.90%、 10.95%、 6.06%; 在聚灰比0～5%范围内, 随聚灰比增大含气量呈先增大后减小趋势; A、 F-A和S-A砂浆含气量极大值大小次序为F-A>A>S-A, 其中S-A含气量随聚灰比改变一直最小。可见S与聚合物适应性比F好。

图1 高效减水剂对新拌砂浆含气量影响 图2 高效减水剂对新拌砂浆保水率影响
2.4.2 高效减水剂对砂浆保水率和水灰比影响
图2给出了高效减水剂对新拌砂浆保水率影响, 从图中能够看出, 当掺加0.5％聚合物时, 保水率有较大地提升, 继续增加聚合物掺量其保水性改变平缓; 另外, 与A保水性相比, S-A能够提升保水性, 而F-A却使保水性变差。
图3显示了高效减水剂对水灰比影响, 从图中能够看出, 当仅掺减水剂时, 两种减水剂都有很好减水效果, F和S减水率分别为23.6%和30.7%; 聚合物也有一定减水作用, 比如掺加0.5%聚合物时减水率为9.5%, 而且随聚灰比增加减水率能够深入提升; 减水剂和聚合物共掺, 随聚灰比增大S-A减水效果增加, 而且减水率维持在一个很高水平, 而F-A减水效果随聚灰比增加减水效果变差。可见S与聚合物适应性比F好。因为F-A和S-A水灰比较低, 砂浆在聚合物掺量较小时较干硬, 增加聚合物掺量可改善砂浆施工性能。

图3 高效减水剂对水灰比影响 图4 高效减水剂对砂浆抗折强度影响

图5 高效减水剂对砂浆抗压强度影响 图6 高效减水剂对粘结抗拉强度影响
2.4.3 高效减水剂对砂浆力学性能影响
图4为高效减水剂对砂浆抗折强度影响, 从图中能够看出, 仅掺减水剂可使砂浆抗折强度提升, 但聚合物掺入可使S-A、 F-A与Ａ在相同聚灰比时砂浆抗折强度差值比未掺聚合物砂浆抗折强度差值增大, 其中S-A增加幅度较大; 随聚灰比改变S-A抗折强度一直远高于A和F-A抗折强度, 而且在聚灰比为1.5％时抗折强度最高, 此时它比A提升了65.7%, 而F-A比A只提升了19.1%; F-A抗折强度与A相比也有一定程度提升, 只是提升幅度较小。
图5为高效减水剂对砂浆抗压强度影响, 从图中能够看出, A、 F-A和S-A抗压强度都随聚灰比增加逐步降低; F-A和S-A抗压强度与A相比都有很大幅度提升, S-A效果愈加好, 而且抗压强度一直高于F-A抗压强度, 比如当聚灰比为1.5%时, S-A抗压强度比A抗压强度提升了58.9％, 而F-A抗压强度只提升了34.8%。这关键是S-A含有比F-A更低水灰比, 而且其含气量也较小原因。
图6为高效减水剂对砂浆粘结抗拉强度影响, 从图中能够看出, S-A粘结抗拉强度远高于A和F-A粘结抗拉强度; 而F-A粘结抗拉强度只有在聚灰比小于2％时, 与A相比有一定幅度提升。随聚灰比增大S-A没有显著改变, 而F-A粘结强度逐步降低。
经过对A、 F-A和S-A含气量、 保水率、 水灰比、 抗折强度、 抗压强度和粘结抗拉强度研究得出掺加高效减水剂能够改变砂浆以上指标, 其中聚羧酸盐高效减水剂与A相比能够降低含气量和水灰比, 提升保水性、 抗折强度、 抗压强度和粘结抗拉强度。萘系高效减水剂即使降低了水灰比提升了抗压强度, 但在一定程度上又降低了保水性, 对抗折强度和粘结抗拉强度没有显著而稳定改善。总来说, 聚羧酸盐高效减水剂与聚合物适应性和复合改性优于萘系高效减水剂, 聚羧酸盐高效减水剂和聚合物适合共同掺加使用。《混凝土结构加固设计规范》GB50367－钢丝网水泥砂浆加固对Ⅰ级砂浆技术指标为: 粘结抗拉强度ft≥2.5MPa, 且混凝土内聚破坏; 抗折强度fb≥12MPa; 抗压强度fc≥55MPa。综合考虑砂浆施工性能、 力学性能以及经济性等原因, 钢丝网水泥加固能够采取以下配合比, 水泥:砂:水:聚羧酸盐高效减水剂:聚合物:杜拉纤维＝1:2:0.291:0.003:0.015:0.0015, 其各项指标为: 粘结抗拉强度ft≥3.13MPa, 混凝土内聚破坏; 抗折强度fb≥14.25MPa; 抗压强度fc≥63.4MPa。本砂浆配合比达成规范要求。
3 结论
（1）萘系和聚羧酸盐高效减水剂掺加对砂浆含气量、 保水率、 水灰比、 抗折强度、 抗压强度和粘结抗拉强度都有改变, 但聚羧酸盐类高效减水剂和聚合物适应性及复合改性水泥砂浆效果优于萘系高效减水剂;
（2）单掺两种减水剂都含有显著减水和增强效果, 且引气量很小; 聚合物也有一定减水作用, 但引气量显著增大;
（3）聚羧酸盐高效减水剂与聚合物有很好相容性, 能够使砂浆含气量降低, 减水效果有一定叠加性, 保水性增加, 抗折强度、 抗压强度和粘结抗拉强度得到大幅度提升; 萘系高效减水剂相容性差;
（4）钢筋网水泥砂浆加固用高性能复合砂浆以下较优配合比: 水泥:砂:水:聚羧酸盐高效减水剂:聚合物:杜拉纤维＝1:2:0.291:0.003:0.015:0.0015, 可满足《混凝土结构加固设计规范》GB50367－中Ⅰ级砂浆技术要求。

参考文件

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[2] 金成勋, 金明观, 刘成权等. The evaluation on ductility of RC slab structure reinforced by stainless steel wire mesh. RC-System Co.Ltd..
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[5] 蒋隆敏, 张毛心. 钢丝网水泥砂浆片材用于结构加固研究综述. 建筑结构, , 3: 7-11.